Материалы по ФОЗИ / Шпоры
.doc|
Применение лазерного излучения в системах спец. связи, охранных сигнализаций и негласного съема информации. Главной особенностью спец связи является необходимость скрытия самого факта обмена информацией. Наиболее полно это обеспечивается малогабаритными линиями связи с дальностью действия до 500м. Первостепенное значение здесь приобретает этап вхождения в связь, включая взаимное обнаружение объектов и взаимную идентификацию. Это предполагает выделение приоритетов информационного обмена. Когда 1 из абонентов постоянно находится в режиме приема, а второй временно появляется в поле его зрения и передает идентификационную кодограмму. Затем происходит обмен сообщениями с максимальной скоростью. Существуют лазерные приемопередающие модули с реальной скоростью от 1 до 100Мбит/с. Таким образом при дительности сеанса 0,1 сек можно передать 1 Мб информации, это около 500 страниц текста или 3-4 высококачественных изображения. Малое время информационного обмена позволяет использовать этот способ для подвижных абонентов. Один из вариантов реализации такой системы связи когда аппаратура лазерной связи расположена на автомобилях, движущихся в окружении средств перехвата. Объем сообщения может быть оценен по следующей формуле: Wинф=Iкан L tg(α/2)/Vотн; W – объем передаваемой информации, I – информационная емкость канала передачи информации, L – ширина дороги, α – угол расходимости лазерного излучения, V – относительная скорость движения объектов. Для относительной скорости 180км/ч (каждый по 90км/ч) информационная емкость составляет 0,8Мб в секунду при вероятности перехвата не выше 10(с.-8). Применение лазерных средств для цели обнаружения и идентификации объектов позволяет реализовать 1 из наиболее эффективных принципов построения систем – принцип обеспечения однородности – когда зондирующие и информационные связные функции реализуются при помощи одних и тех же лазерных средств. Принцип действия основан перекрытии излучения обнаруживаемым объектом, а также используется принцип активной локации, основанный на отражении коротких и сверхкоротких лазерных импульсов от поверхности объектов. Первый принцип используется для охраны периметров, второй для обнаружения посторонних объектов в помещениях, где их появление приводит к изменению формы принимаемого сигнала. По сравнению с известными емкостными и индуктивными датчиками, лазерные системы обладают значительно меньшей вероятности ложной тревоги. В системе обычно используется несколько 4-64 линий для охраны периметра. Такие системы в настоящее время широко используются для охраны особо важных объектов. Система негласного съема информации – эта проблема всегда привлекала внимание с точки зрения превосходства над конкурентами или противником. В подавляющем числе случаев получение этой информации сопряжено с риском обнаружения при доставке или размещении аппаратуры съема. Поэтому удобно проводить дистанционный съем информации когда все предназначенное для этого оборудование размещается вне охраняемых зон или территорий частных владений. Практически полностью удовлетворяют этим требованиям лазерные системы дистанционного измерения аккустических колебаний диэлектрических поверхностей. Эта технология используется также для определения качества прозрачных покрытий, стекол, высокоточных оптических приборов при их производстве и эксплуатации. А нас интересует несанкционированный аккустический контроль помещений, имеющих внешние диэлектрические поверхности, т.е. стеклянные окна. Схема процесса измерения аккустического сигнала проста и представляет собой следующую последовательность операций: 1) излучение когерентного сигнала в направлении диэлектрической поверхности, находящейся вблизи сточника аккустического сигнала, 2) формирование диаграммы отражения и изменение ее формы и положения в пространстве в соответствии с распределением микродиформаций на отражающую поверхность. При помощи адаптивной приемной и передающей оптических систем. 3) прием отраженного оптического сигнала и выделение из него модуляционных составляющих, обусловленных неравнмерностью отражения при наличии диформаций. Эти системы могут применять для несанкционированного прослушивания сигналов. Основная сложность проведения съема информации в таких условиях – это необходимость точной временной санкции для восстановления искаженного отраженного сигнала.
ЗАЩИТА ОТ ОПТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НАНЕЕНИЯ УЩЕРБА В настоящее время все большее распространение получают оптические лазерные средства и системы на их основе в качестве средств наведения и управления оружием, в качестве источников информационного сигнала при нанесении морального ущерба (при негласном несанкционированном съеме аудио и визуальной информации). Борьба с такими средствами – это важная задача при организации защиты различных объектов, особенно в условиях угроз. Решение этой задачи состоит из нескольких этапов: 1) обнаружение, 2) идентификация угрожающих средств или систем, 3) постановка помех.
ЛАЗЕРЫ. ОПТИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ. Для источников света традиционных в оптической области спектра характерна некогерентность излучения, а именно излучение источника в целом складывается из некогерентных между собой потоков, испускаемых микроскопическими элементами источника – атомами, молекулами, ионами, свободными электронами. Примерами некогерентных источников излучения могут служить – свечение газового разряда, люминисценция и т.д. В начале 60-х гг были созданы источники света иного типа, получившие название оптических квантовых генераторов. Электро-магнитные волны, зараждающиеся в различных частях оптического квантового генератора, удаленных друг от друга на макроскопические расстояния оказываются когерентными между собой. В этом смысле лазеры аналогичны источникам когерентных электро-магнитных волн. Когерентность излучения проявляется практически во всех свойствах оптического квантового генератора. Исключение составляет полная энергия излучения, которая как и в случае некогерентных установок прежде всего зависит от подводимой энергии. Основной характеристикой лазеров являются способность к концентрации энергии во времени, спектре, пространстве по направлению распространения. Для некоторых квантовых генераторов характерна высокая степень монохроматичности их излучения, в других лазерах используются очень короткие импульсы продолжительностью 10(c.-12)cекунд. Мгновенная мощность такого излучения может быть очень большой. Световой пучек, выходящий из оптического квантового генератора обладает высокой направленностью. Такое излучение можно сфокусировать на ничтожно малые площади и создать высокую освещенность. Рассмотрим физические принципы, лежащие в основе оптических квантовых генераторов и свойства излучения последних.
ИЗЛУЧЕНИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН СОВОКУПНОСТЬЮ КОГЕРЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ. Звук – колебания частиц среды. На высоте 120км звук н распространяется. Рассмотрим поле, создаваемое источниками света, которые представляют собой газ излучающих атомов, например гелий-неоновый лазер. Не смотря на бесконечное многообразия физических процессов, вызывающих волны. Образование волн происходит по одному общему тпу, возмущение возникающее в какой-либо точке в определенный момент времени, это возмущение появляется спустя некоторое время на некотором расстоянии от начальной точки, т.е. передается с некоторой скоростью. Рассмотрим для простоты распространение возмущений по какому-либо одному направлению. Возмущение S=f(t- x/v); x – координата, v – скорость. Зафиксировав значение х найдем, что вид функции f показывает по какому закону изменится с течением времени S, характеризующая например напряженность электрического и магнитного поля элекро-магнитной волны. Вид функции f может быть произвольным. Особое значение имеет случай, когда f синусоидальная или косинусоидальная функция времени S=asin(2π/T)(t- x/v) (1), a – амплитуда. S зависист от выбора отсчета времени и координаты х. Следующая форма: общая – S=asin[(2π/T)*(t- x/v + +φ)] (2). Вид этих функций показывает, что она периодична по времени и по аргументу T(инд.t)=T, T(инд.λ)=λ, если дать значение λ=vT, то функция не изменится. Расстояние по х=λ определяет точки, в которых колебания совершаются в данный момент времени в одной и той же фазе. Другой вид: S=asin2π(t/T - x/λ) (3). Если ввести круговую частоту ω=2π/Т и волновое число k=2π/λ, то: S=asin(ωt-kx) (4). Если вместо ω ввести f=1/T=ν, то S=asin(2πνt-kx) (5). Волну выражают в форме 1-5, где t и a=const будем назвать монохроматической волной. Скорость распространения монохроматической волны – есть скорость, с которой передается от точки к точке фаза монохроматических колебаний. Только для вакуума фазовая скорость распространения световой волны является одной и той же для любого периода, во всех остальных случаях фазовая скорость – функция длины волны. Е=Еo sin(ωt-kx) – электрическое поле, H=Ho sin(ωt-kx) – магнитное поле. Энергия световой волны ~A(c.2). Рассмотрим поле, создающее источник света, который представляет собой газ излучающих атомов. Атом, находящийся в некотрой точке пространства посылает в точку наблюдения r монохроматическую волну, которую можно записать следующим образом: (см. рисунок). |
где k – волновое число, S – возмущение. Полное поле, создаваемое всеми атомами источника будет равно сумме волн S(F,t)=[N,j=1]∑Sj(r (вектор),t). Если атомы излучают совершенно независимым образом, разности фаз φ и φj относящиеся к разным атомам принимают вполне произвольные значения и следовательно интерференция волн Sj отсутствует. Тогда на боьших расстояниях, значительно привосходящих линейные размеры светящегося объема, будет практически изотропном. Что касается меньших расстояний, сравнимых с размерами источников, яркость излучения будет неравномерной и неизотропной, будет зависить от формы источника, от соотношения его размеров, однако изменения яркости по разным направлениям будут сравнительно плавными. Это соответствует некогерентным источникам света. Рассмотрим случай полной когерентности волн, испускаемых различными атомами – результат интерференции N волн существенно зависит от взаимного положения излучающих атомов и того конкретного закона, которому подчинены фазы φj. Рассмотрим случай, когда источник света имеет форму параллелепипеда (см. рисунок) с ребрами a,b,L. Амплитуда волн Аj одинакова. Пусть далее растояние между соседними атомами << λ, поэтому суммируя по j можно заменить интегрированием по объему источника. Предположим далее, что все атомы, находящиеся в плоскости 1 оси OZ испускают волны с одинаковыми фазами и эти фазы зависят от z' и не зависят от x,y. При выполнении перечисленнх условий поле, создаваемое атомами, расположенными в плоскости z'=const подобно полю в случае дифракции монохроматической волны, падающее к оси 0Z на экран с прямоугольным отверстием. Роль вторичных волн Френеля в дифракционной задаче играют в нашем случае реальные волны, испускаемые атмами, которые расположены в пределах этого сечения S(r (вект.), t)=(AN/rL)*(sinω/ω)* *(sinv/v)*∫[0-L]cos[ωt-kr +kz'+φ(z')]dz; sinω/ω, sinv/v – дифракционные множества Френеля.Множество перед интегралом представляет собой амплитуду суммарной волны, испущенной всеми атомами источника вблизи плоскости z=r (вект)'. Интеграл выражает суммирование волн от всех таких слоев находящихся в пределах источника. Излучение источника сосредоточено в малом телесном угле ≈λ(с.2)/ab. Если бы фаза φ(z') сохраняло постоянное значение не в плоскости z'=const, а в плоскости перпендикулярной какому-нибудь единичному вектору, например n(вект), то изучение источника было бы сконцентрировано в соответствующем дифракционном угле в соответствии направлению n. Когерентность волн, испускаемых различными атомами обуславливает острую направленность излучения источника в целом. Суммирование волн, приходящих в точку наблюдения от всех поперечных сечений светящегося объема выражено интегралом по z. Результат этого суммирования определяется соотношением между фазой φ(z') и kz'. Фаза kz' отражает различные расстояния между точкой наблюдения и положениями разных атомов. Если φ(z') не зависит от z', то волны, приходящие в точку наблюдения от слоев источника, которые отстоят друг от друга на расстоянии λ/2, эти волны будут гасить друг друга. Амплитуда суммарного поля принимает максимальное значение, если волны, излучаемые различными сечениями источника приходят в в точку наблюдения с одинаковыми фазами, т.е. φ(z')+kz'=φ0 (-условие пространственной синфазности), где φ0 – постоянная величина, δ(r (вект),t)=(AN/r)*(sinω/ω)*(sinv/v)*cos(ωt-kr+φ0). Таким образом в данном случае амплитуда поля, излучаемого источником в целом равна сумме амплитуд волн, излучаемых от всех атомов. Если излучение атомов, составляющих макроскопический источник света когерентно и выполняется условие пространственной синфазности, то излучение источника в целом сосредоточено в малом дифракционном угле и амплитуда вблизи пучка в N раз больше амплитуды волны, испускаемой отдельными атомами. Эти особенности характерны для оптических квантовых генераторов. Существует ли способ с помощью которого можно добится синфазности излучения атомов и в чем этот способ состоит? Агентом базирующим излучение атомов является световая волна. Для микроскопического описания спектральных свойств излучения Альберт Эйнштейн ввел представление о вынужденном испускании. Одно из основных свойств вынужденного испускания состоит в том, что волны, излучаемые атомами в этом процессе имеют такую же частоту и такую же фазу, что и действующая на атом волна. Благодаря указанному свойству фазировка излучения всех атомов обеспечивается вынужденным испусканием. Условие пространственной синфазности, необходимое для получения мощного направленного излучения от макроскопического источника, это условие может осуществляться благодаря процессу вынужденного испускания. Действительно, волны, испускаемые атомами в разных точках пространства будут синфазно складываться в точке наблюдения, если разность начальных фаз этих волн компенсируется соответствующей разностью хода. Вторичные волны S, возникшие в результате вынужденного испускания под влиянием внешней световой волны, значения фазы этой волны в точках расположения z1 и z2 различных атомов различаются на величину k(z1-z2) и вторичные волны оказываются сдвинутыми по начальной фазе относительно друг друга на ту же величину, взятую с обратным знаком, в результате чего обеспечивается синфазное сложение в точке наблюдения. К рисунку: атом летит от z1 до z2 и фаза его стает φ(z1)+k(z1-z2).
ПОГЛОЩЕНИЕ И УСИЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ В СРЕДЕ Пусть плоская волна частоты ω, соответствующей разности энергий Em-En каких-либо 2х состояний атомов среды, эта плоская волна распространяется сквозь эту среду, поток излучения изменяется в соответствии с законом Бугера, причем коэффициент поглощения определяется следующим соотношением: α0(ω)=(1/4)*λ(c.2)*a(инд.mn)(ω)g(инд.m)[N(инл.n)/g(инд.n) - - N(инд.m)/g(инд.m)], a(инд.mn) – коэффициент Эйнштейна, g – статические состояния веса состояний m,n; N – заселенности состояний. В результате переходов m в n вынужденное испускание увеличит поток. Слагаемые в скобках [ ] описывают вклады переходов, которые сопровождаются поглощением (nm) или индуцированным испусканием фотонов (mn). Волны, испущенные в результате вынужденных переходов обладают как показал Эйнштейн следующими особенностями – их частота, фаза, направление распространения, поляризация такие же как и излучения, вызвавшего переходы. Другими словами индуцированные фотоны не отличимы от фотонов, падающих на атомы, роль индуцированного испускания сводится к увеличению амплитуды поля. В условиях термо-динамического равновесия среды, сквозь которую распространяется излучение Nm/gm<Nn/gn, что вытекает из принципа Больцмана и следовательно коэффициент поглощения больше нуля, это соответствует поглощению излучения, когда a0(ω)>0. Если тем или иным способом осуществляется это условие, то а0(ω) изменит свой знак и станет меньше 0, в этом случае плотность потока энергии, распространяющегося в среде будет возрастать, а не убывать, другими словами – за счет индуцированного излучения в световой поток добавляется больше фотонов, чем поток теряет на возбуждение атомов при обратном переходе nm. Соотношение между концентрациями атомов называется инверсной заселенностью энергетических уровней. Среди с такой заселенностью называют активной, она обеспечивает усиление распространения в ней излучения. Инверсную заселенность можно образовать в газовом разряде при помощи специальных химических реакций или с помощью оптического возбуждения. Элекро-магнитные волны возникают в результате вынужденных переходов когерентны с волной, вызвавшей эти переходы. В результате вынужденного испускания изменяется только амплитуда волны. Для понимания свойств излучения (синфазности) оптического квантового генератора (лазера) необходимо рассматреть представление когерентности падающей волны и вторичных волн, испускаемых в результате вынужденных переходов. Условие пространственной синфазности, необходимое для получения мощного лазера может реализоваться благодаря процессу вынужденного испускания. Волны, испускаемые атомами, находящимися в различных точках пространства будут синфазно складываться в точке наблюдения, если разность начальных фаз этих волн компенсирует соответствующую разность хода. Но именно таким и будет положение, если вторичные волны возникают в результате вынужденного испускания под влиянием внешней световой волны. Значение фазы световой волны в различных точках расположения атомов z1,z2 различаются на величину k(z1-z2), где k – волновое число, и вторичные волны оказываются сдвинутыми по начальной фаз относительно друг друга на эту же величину, взятую с обратным знаком, что обеспечивает их синфазное сложение в точке наблюдения. Помимо когерентного испускания, связанного с вынужденными переходами, атомы совершают и спонтанные переходы, некогерентные между собой и внешним полем, однако излучение активной среды представляет смесь из когерентных и некогерентных частей. Соотношение между ними зависит от интенсивности внешнего поля.
АККУСТИКА Информация разделена на 2 вида – аккустическая и сигнальная (объемно-видовая, аналого-цифровая). Каналы утечки информации по физической форме проявления: средства контроля аккустической информации, средства контроля объемно-видовой информации, средства контроля аналого-цифровой информации. Средства контроля аккустической информации – радиозакладка, стетаскопы – вибрааккустическая информация и т.д. |
Определения: звук распространяется в среде за счет переменного возмущения этой упругой среды в виде звуковых волн. Звуковыми колебаниями называют колебательные движения частиц среды под действием возмущения. Пространство, в котором происходит распространение звуковых волн называют звуковым полем. Звуковые колебания являются частным случаем механических колебаний, звуковые колебания в жидкостях и квази-упругих средах являются продольными. Колебание происходит вдоль линии распространения волны. В твердых телах кроме продольных существуют и поперечные колебания в направлениях перпендикулярных линии распространения звуковой волны называют звуковым лучом. Поверхность, соединяющая все смежные точки поля с одинаковой фазой колебания частиц называется фронтом волны. Фронт волны перпендикулярен световому лучу. В практических случаях ограничиваются рассмотрением 3х видов фронта волны – плоский, сферический и цилиндрический. Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука, она различна в различных средах. В газообразных средах c=√γP/ρ`, P – амплитуда атмосферного давления, ρ – плотность, γ – коэффициент диабаты γ=Cp/Cv. Для воздуха γ=1,402 при P=101325Па. В жидких и твердых материалах скорость звука определяется c=√E/ρ`, модуль упругости. На высоте 10 км скорость звука составляет 90% от скорости на уровне моря. Для колебаний с периодом Т длина звуковой волны λ=сТ [Гц]. f=1/ T – частота. Частоты аккустических колебаний в диапозоне до 20-20тыщ Гц называют звуковыми частотами. Ниже 20 инфразвуковыми, больше 20тыщ ультрозвуковыми. Звуковые частоты делят на низкие, средние и высокие. Длины волн для частот колебаний от 30Гц-10тыщ Гц. При t=20°с и давлении 760мм.р.с. и при скорости с=343м/с эти длины волн лежат в диапозоне от 11,4м-3,43см.
ЛИНЕЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ К ним относят – звуковое давление, смещение частиц среды, скорость колебаний, аккустическое сопротивление. Звуковым давлением называют разность между мгновенным значением давления в точке среды и атмосферным давлением в этой же точке при отсутствии возмущения. P=Pm-Pam. Звуковое давление величина знакопеременная. В момент уплотнения частиц среды оно больше 0, в момент разряжения меньше 0, эту величину оценивают по амплитуде или эффективному знаению, также звуковое давление измеряется [Па]=10[дин/см(с.2)]. В системах связи, вещания и подобных им системах имеют дело со звуковым давлением, не превышающим 100Па, т.е. в тыщу раз меньше атмосферного. Смещением называется отклонение частиц среды от их статического положения под действием проходящей звуковой волны, если отклонение частицы происходит по направлению движения волны, то смещению приписывают +, при противоположном – . Скоростью колебаний называется v=dU/dt, U – смещение скорости движения частиц среды под действием проходящей звуковой волны. Удельное аккустическое сопротивление – отношение звукового давления к скорости колебаний δ=P/v. Оно определяется свойствами среды или материала, а также условиями распространения волны, в общем случае удельное аккустическое сопротивление есть комплексная величина.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ 1) Интенсивность звука (или сила звука) – это количество энергии, проходящей в секунду через единицу площади, перпендикулярной направлению рспространения волны [Вт/м(с.2)]. I=(1/T)∫[0-t] P v dt; P, v – мгновенные значения давления и скорости колебаний. Для синусоидальных колебаний интенсивность звука связана I=P(инд.m)v(инд.m)(cosψ)/2, pm,vm – амплитуды, ψ – сдвиг фаз между ними. tgψ=q/ω, q,ω – мнимые и действительные части удельного аккустического сопротивления. 2) Плотность энергии ε – называется количество звуковой энергии, находящейся в единице объема [Дж/м(с.3)], ε=I/c.
АККУСТИЧЕСКИЕ УРОВНИ В аккустике и электросвязи за уровень параметра принимают величину, пропорциональную логарифму отношения этого параметра. N=alg(k/k0) к некоторому принятому нулевому уровню [дБ]. Для энергетических параметров Nэ=20lg(k/k0). Для линейных характеристик Nл=20lg(kл/kл0). Интенсивность – энергетический параметр, давление – линейный. За условное нормированное значение нулевого уровня интенсивности звука принята I=10(c.-12)[Вт/м(с.2)] – нулевое значение интенсивности звука. Уровень интенсивности звука находится по формуле L(инд.I)=10lg(I/I0)= =10lgI + 120. Уровень по звуковому давлению в дБ для воздуха определяют относительно звкового давления по величине соответствующей нулевому уровню интенсивности. Lp=20lg(P/P0), где P0=2*10(с.-5)Па, Lp=20lgP+94 [дБ]. Уровень по плотности энергии в дБ для воздуха принято определять относительно плотности, соответствующей нулевому уровню интенсивности при С=333м/с при этом ε0=3*10(с.-15)Дж/м(с.3). L(инд.ε)= =10lg(ε/ε0)=10lg(ε/3*10(c.-15)дБ).
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА Для правильного проектирования и эксплуатации систем связи, записи и воспроизведения звука необходимо знать свойства слуха человека. Орган слуха человека является своеобразным приемником звука, резко отличающимся от приемников, создаваемых человекомю Ухо человека обладает свойствами частотного анализатора, дискретным восприятием звука по частотному и амплитудному диапозону. Все эти операции осуществляются в улитке – внутреннем ухе, там находится базилярная мембрана, состоящая из большого числа волокон, слабо связанных между собой. Вдоль мембраны располагаются нервные окончания больше 20 тыщ, которые возбуждаются от прикосновения к ним волокон основной мембраны и посылают электрические импульсы в слуховой центр мозга, где они подвергаются сложному анализу, в результате чего человек определяет передаваемое сообщение. Каждое из волокон мембраны резонирует на вполне определенной для него частоте, если звук состоит из ряда частотных составляющих, он вызывает колебания ряда волокон соответственно частотным составляющим.
ВОСПРИЯТИЕ ПО АМПЛИТУДЕ. ПОРОГ СЛЫШИМОСТИ. Если волокно основной мембраны при своих колебаниях не достигает ближайшего к нему нервного окончания, такой звук человек не слышит. Как только при увеличении амплитуды колебания волокна оно касается нервного окончания, произойдет раздражение, нервное окончание начнет посылать электрические импульсы в слуховой центр мозга и такой звук будет услышан. Этот скачкообразный переход из слышамого состояния в неслышимое называется порогом слышимости. Абсолютное значение слухового ощущения на пороге слышимости мало, но все же имеет вполне определенное значение, порог слышимости зависит от частоты. Приведем на рисунке зависимость порога слышимости от частоты. По оси ординат отложим уровни звукового давления, по абсцисс частоту. Кривая 1 – частотная зависимость порога слышимости для биноурального слушания (2мя ухами). Когда давление создается множеством источников звука в горизонтальной плоскости вокруг головы. Кривая 2 – биноуральное слушание, когда источник звука расположен перед слушателем. Кривая 3 – моноуральное слушание (по телефону). Пороги слышимости имеют значительный разброс из-за возрастных изменений и условий работы – повышается порог.
УРОВЕНЬ ОЩУЩЕНИЯ При плавном увеличении интенсивности звука выше пороговой слухове ощущение нарастает скачками по мере увеличения числа раздраженных нервных окончаний. Увеличение интенсивности звука или тона в конце концов приводит к боли, т.е. возникает болевой порог слышимости, который составляет 1Вт/м. Тогда как минимальный порог слышимости достигается на высоте, 10(с.-13)Вт/м и может быть услышан на частоте 3000Гц. Т.о. динамический диапозон от порога составляет 13дБ. Между болевым порогом и порогом слышимости существует несколько сотен элементарных скачков ощущений, причем на низких и высоких частотах их значительно больше, чем на средних. Дискретность восприятия слуха по частоте и амплитуде дает около 22 тыщ градаций во всей области звукового восприятия. Слуховое ощущение пропорционально логарифму раздражающей силы. Величина Е – называется уровнем ощущения. Е=10lg(I/I(инд.п.с.)), I – интенсивность звука, I(инд.п.с.) – интенсивность звука на пороге слышимости. Уровень ощущения на разных частотах будет разный. Е=L(инд.I)-L(инд.п.с.). Уровень ощущения представляет собой уровень над порогом слышимости.
ГРОМКОСТЬ И УРОВЕНЬ ГРОМКОСТИ. Введено понятие в аккустику – уровень громкости любого звука или шума принимают уровень в дБ равногромкого с ним чистого тона с f=1000Гц. За единицу измерения уровня громкости принят “фон”. L(инд.G,фон)= =L(инд.I,1000Гц), G(инд.x)=G(инд.1000Гц). Чтобы определить уровень громкости какого-либо звука нужно взять фон 1000Гц и изменять его уровень интенсивности до тех пор, пока громкость 2х звуков станет на |
|
ЭФФЕКТ МАСКИРОВКИ В условиях шума и помех порог слышимости для приема звука возрастает, это повышение порога слышимости называется маскировкой. Величина маскировки М определяется М=L(инд.псш)-L(инд.ист) (L – пороги слышимости). В условиях шума уровень ощущения E=10lg(I/Iшум)= =L(инд.I)-L(инд.псш)=E(инд.Т)-М. Уровень этот изменяется при изменении уровня шумов и помех, даже при неизменном уровне сигнала. Низкочастотные тона сильнее маскируют высокочастотные, чем наоборот. При разности частот около нескольких десятков Гц величина маскировки начинает уменьшаться, а при равенстве частот она будет минимальна. Такие же минимумы наблюдаются на частотах, кратных частоте маскирующего тона.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН Интерференция звуковых волн возникает при одновременном распространении 2х или нескольких волн. Наибольший интерес имеет случай, когда 2 звуковые волны с одинаковой амплитудой распространяются в противоположных направлениях, в этом случае образуется стоячая волна с пучностями и узлами. В пучности давления амплитуды звукового давления = удвоенной амплитуде бегущей волны. В узле амплитуда =0. В стоячих волнах поток энергии =0, поэтому их характеризуют или плотностью энергии или квадратом звукового давления.
ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА Если звуковая волна встречает на пути препятствие или другую среду с иными параметрами, происходит отражение звуковой волны. Законы отражения звуковой волны аналогичны законам отражения световой волны. Эффективность отражения характеризуется коэффициентом отражения. В аккустике коэффициентом отражения называют отношение α(инд.отр)= =Iотр/Iпад. Эффективность отражения зависит от степени различия аккустических сопротивлений обоих сред. Если падающая волна имеет звуковое давление Pпад, то звуковое давление отраженной волны Pотр=Pпад*βexp(jψ), где β – модуль коэффициента отражения по давлению, и ψ – сдвиг фаз падающей и отраженной волны. При отражении получается сдвиг фаз между звуковым давлением падающей и отраженной волн. Если сопротивление обоих сред активное, то ψ=0 или ψ=180°. Если сопротивление отражаюей среды больше сопротивления первичной среды, ψ=0 и когда сопротивление отражающей среды меньше сопротивления первичной среды ψ=180°. Если 1 или оба аккустических сопротивлений имеют реактивные составляющие, то 0°<ψ<180°. Аккустическое сопротивление δ. α(инд.отр)=|(δпад – δотр)/(δпад + δотр)|(c.2)= =|Pотр/Pпад|(c.2)=β(c.2). Пример: αвозд-пара=0,08, αот_воды=0,9994. αотр зависит от угла падения звуковой волны, поэтому в таблицах обычно приводят величины дифузных αотр – измеренных для всевозможных углов падения и приводят для угла падения =90°.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЗВУКА Звуковая волна, падая на границу раздела 2х сред частично переходит в другую среду. Происходит преломление волны. Если волна падает под углом φ1, то в следующей среде направление движения звукового луча будет происходить под углом φ2. φ1/φ2 определяется отношением скоростей распространения звуковых колебаний в этих средах. Если удельные δ обеих сред близки друг к другу, то почти вся энергия перейдет из 1 среды в другую. Если среда имеет переменные параметры (например атмосферное давление и плотность), то происходит изгиб звуковой волны. Например для горизонтально распространяющейся звуковой волны при увеличении скорости с высотой звуковой луч будет сгибаться вниз, а при уменьшении с высотой будет сгибаться вверх.
ДИФРАКЦИЯ ВОЛН Если размеры препятствия имееют величину большую длины звуковой волны или волна падает близко к краю препятствия, то волна дифрагирует, т.е. волны огибают препятствия.
АККУСТИКА ПОМЕЩЕНИЙ Рассмотрим звуковые процессы, происходящие в помещениях. Для помещений простой прямоугоьной формы применяется в инженерной практике – методы расчета, основанные на статической теории процессов отзвука. Согласно волновой теории собственные частоты помещения длиной l, шириной b, высотой h определяются f(инд.r)=ω(инд.r)/2π= =(c/2)*√(k/L)(c.2)+(m/b)(c.2)+(n/h)(c.2)`, k,n,m – целые числа, каждому из соотношений этих чисел соответствует одна из собственных частот помещения. При выключении источника звука процесс затухания колебаний происходит на собственных частотах помещения. на каждой из частот процесс имеет следующий вид P=P(инд.m)exp[(-α(инд.r)+jω(инд.r))t], где α(инд.r) – показатель затухания, определяемый из условия отражения волн на границах помещения для r-ой собственной частоты, P(инд.m) – начальная амплитуда светового давления. Процесс затухания колебаний звука в помещении называется ревербирацией. При использовании статистической теории ревербирации пользуются следующими понятиями: дифузное поле (ДП), средняя длина свободного пробега L, среднее время свободного пробега tср, αср – средний коэффициент поглощения, T – время ревербирации, tз – время запаздывания первых отражений, R – аккустическое отношение. 1) ДП – это звуковое поле, в котором энергия отраженных звуковых волн преобладает над энергией прямого звука. Отраженные звуковые волны движутся в помещении в различных направлениях. Среднее значение потока звуковой энергии по различным направлениям мало отичается друг от друга. Это свойство поля называют изотропией. Она способствует равномерному распределению звуковой энергии по объему помещения. Это свойство также называется свойством однородности поля. Т.о. ДП – это изотропное и однородное поле волн, движущихся в результата многократных отражений по всем направлениям. Длина свободного пробега определяется как среднее арифметическое значение длин отрезков между отражающимися поверхностями Lср= =(L1+L2+…+Li)/i, на которую приходят звуковые волны. Экспериментально установили, что для помещения прямоугольной формы средняя длина сободного пробега может быть определена Lср=LV/S. S – суммарная площадь помещения, V – объем. Среднее время свободного пробега tср=Lср/c=4V/cS. Срений коэффициент поглощения – при каждом отражении сигнала от поверхности происходит поглощение некоторой части энергии сигнала Е. В зависимости от свойств отдельных участков отражающих поверхностей относительная убыль энергии ∆E/E при каждом отдельном отражении будет различным. При большом количестве отражений можно говорить о среднем значении коэффициента поглощения αср=(1/i)*∑∆E/E. Если помещение состоит из i малых участков площадью Si каждый и каждый участок имеет коэффициент αi, то αср=(α1 S2/ρ)+ +…+(αi Si /ρ)=∑ai Si/ρ=A/S. Величина A=∑[i] αi Si имеющая размерность площади имеет – общее поглощение помещения. В процессе наростания плотность звуковой энергии помещения изменяется по закону ε(∆t)= =E/V=(4P/cA)*(1- exp[cSt ln(1-αср)/4V]. если источник звука выключается в момент времени t=0 акты поглощения энергии происходят согласно теории ревербирации через равные промежутки времени и после каждого акта поглощения в помещении остается доля 1-αср начальной энергии. Через время ε(2∆t)=ε0 (1-αср)(с.2), ε(n∆t)=ε0 (1-αср)(с.n). После преобразования можно получить выражение для определения уменьшения плотности энергии ε(∆t)ε0 exp[cSt ln(1-αср)/4V]. Время ревербирации – такой интервал врмени, в течении которого уровень звукового давления уменьшается на 60дБ. Это соответствует уменьшению звукового давления в тыщу раз, и уменьшение плотности звуковой энергии в милион раз. Время ревербирации можно определить из формулы ε(∆t), подставив в нее вместо ε(∆t) подставляем 10(с.6) и заменим t на T, то T=6ln10*4V/cS ln(1-αср), приведя преобразования получим распространенную формулу Эйринга T=0,161*V/-sin(1-αср), -ln(1-αср) – ревербиционный коэффициент поглощения. S – площадь внутренней ограничивающей поверхности.
АККУСТИЧЕСКОЕ ОТНОШЕНИЕ Отношение плотности энергии отраженных звуковых волн к плотности энергии прямог звука или отношение квадратов звкового давления диффузного поля и поля прямого звука R=ε(инд.д)/ε(инд.пр)= =P(инд.д)(с.2)/P(инд.пр)(с.2) – можно выразить в дБ. 10 lgR=L(инд.k)=L(инд.g)-L(инд.пр)=10 lgP1+94-10 lgPпр-94. Оптимальное значение аккустического отношения R находится в пределах для передачи речи 0,5…4. Если ниже 0,5, то передача речи звучит отрывисто, если >4, то речь становится плохо различимой.
ЗВУКОПОГЛАЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ Коэффициент поглощения материала α называется отношение поглощенной энергии звуковых волн или интенсивности звука i к падающей энергии или интенсивности падающего звука. если размеры поверхности материала велики по сравнению с длиной падающей звуковой волны, то α=1-αотр. α=1-[(ρ(инд.с)-413)/(ρ(инд.с)+413)](c.2). 413 – удельное аккустическое сопротивление воздуха. ρ(инд.с) – удельное аккустическое сопротивление поглощающего материала. α зависит от угла падения звуковой волны на поглощающий материал. α также зависит от частоты звука. Одни |
материалы имеют большее поглощение на низких частотах, другие на высоких, третьи на средних. Все это позволяет подбирать общее поглощение в помещении оптимальной величины во всем диапозоне частот. По принципу звукопоглощени все материалы делятся на пористые, резонирующие и перфорированные. Все сплошные звукопоглощающие материалы имеют аккустическое сопротивление почти всегда больше, чем у воздуха, а пористые материалы всегда комбинируют со сплошными, располагая сплошные позади пористых. Наименьшее поглощение у пористого материала получается при его расположении вплотную к стене из сплошного материала. А наибольшее поглощение получается при расположении пористого материала на расстоянии λв возд/4 от поверхности хорошо отражающего сплошного материала. Несколько меньше разница в поглощении получается на расстоянии 3λ/4 и 5λ/4. При большем удалении αпогл остается постоянной. Для поглащающего материала с размером, сравнимым с λзв α зависит от соотношения между ними. Открытое окно имеет α>1, особенно на низких частотах, т.е. энергия звуковых волн падающих рядом с окном уходит в окно. α портьеры с небольшими размерами по сравнению с λ, α у них больше, чем у портьеров с большими размерами, поэтому в целях увеличения звукопоглощения в помещениях лучше иметь ряд узких портьер, чем 1 широкую. Одна из распространенных конструкций пористых звуко- поглотительных материалов – это облицовочная. Такие материалы изготавливаются в виде плоских или рельефных плит, располагаемых вплотную или на небольшом расстоянии от сплошной толстой стены. Пирамиды или клинья устанавливают сторонами друг к другу. Такие конструкции создают больше поглощения, чем плоские плиты. Пористые звуко-поглощающие материалы дают перимущественное поглощение в области высоких частот и не эффективны в нижней части частотного диапозона. Другой распространенной конструкцией поглощающего материала являются резонансные поглотители. Они делятся на мембранные и резонаторные. Мембранные представляют собой натянутый холст или тонкий лист, под которым расположен хорошо деформирующий материал. Деформирующий – это с большой вязкостью – паролон, войлока, губчатая резина. Такие щиты с натянутым холстом называются щитами Бекеши. Максимум поглощения получается на резонансных частотах. Для натянутого с силой F холста используется следующая формула f(инд.k)= =(k/2L)*√F/ptb`, где f(инд.k) – резонансная частота, k – порядок резонансной частоты, L – длина, b – ширина, t – толщина полотна, ρ – плотность. Например: полотно размером 2х1м, b=2*10(c.-4)м, f(инд.1)= =(1/2*2)√1,6*10(c.3)/200*2*10(c.-4)`. Собственную частоту можно расчитать, если знать вязкость материала, расположенного под фонерой. Если лист расположен близко к твердой стене, то его упругость будет больше и его собственная частота больше.
ПЕРФОРИРОВАННЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ПОГЛОТИТЕЛИ Представляют собой систему воздушных резонаторов, например резонаторов Гелингольца, в устьях которых расположен демфирующий материал. Резонансная частота определяется по формуле: fo=(c/2π)*√S/LV`, S – сечение, L – длина горла, V – объем полости резонатора. Наиболее распространены конструкции резонансного поглотителя – это перфорированный лист, расположенный на некотором расстоянии от твердой стены. если перфорация распределена по поверхности листа равномерно, то такой поглотитель будет иметь типичную резонансную кривую поглощения. Для равномерного распределения отверстий резонансная частота определяется по формуле fo=(c/2π)*√S/Lэ dh`, где S – сечение отверстия, Lэ – эффективная толщина листа, h – расстояние от стены, d – расстояние между отерстиями. Вместо ряда отверстий применяются щели листа – результирующая частота поглощения определяется по следующей формуле fo=(c/2π)*√b/Ldh`, b – ширина щели, d – расстояние между ними. Коэффициент поглощения резонатора определяется активным аккустическим сопротивлением демфирующего материала, находящегося в горле резонатора. Коэффициент поглощения зависит от числа и размера ячеек. Основные пути прохождения звука через перегородки следующие – через щели (воздушный перенос), поры, материалы стен, по трубам отопления, газа и водопровода в виде продольных колебаний его частиц, материальный перенос, передача аккустической информации посредством последовательных колебаний перегородок, мембранный перенос через перегородку звуковых колебаний перед всеми 3м способами. Для уменьшения переноса звука через перегородки нужно делать их слоистыми, подбирая материалы слоев с резко отличающимися аккустическими сопротивлениями. Стены делают двойными с поглощением между ними, для снижения мембранного переноса стены делают их массивными, чтобы резонанс был на низких частотах, для уменьшения шума, создаваемого вибрациями перегородку можно установить на виброизолирующие прокладки. При падении звуковых волн с Iпад на перегородку больших размеров по сравнению с λ, Iзв с другой стороны перегородка будет определяться звукопроводностью перегородки. Коэффициент звукопроводимости перегородки αпр=Iпр/Iпад=Pпр(с.2)/Рпад(с.2). Коэффициент звукоизоляции перегородки Q=20lg(Pпад/Pпр), коэффициент Q=12,5lgρ +14 с учетом мембранного переноса.
РАДИОВОЛНОВОЙ ДИАПОЗОН ЭЛЕКРО-МАГНИТНЫХ ВОЛН Источником э/м волн является генератор высокочастотной ЭДС и антена. 1) rot E(вектор)= (-1/с)*∂H(в)/∂t, rotE(в)(x,y,z)=|i(в), j(в), k(в); ∂/∂x, ∂/∂y, ∂/∂z; Ex, Ey, Ez|=(∂Ez/∂y - ∂Ey/∂z)i(в) + (∂Ex/∂z - ∂Ez/∂x)j(в)+(∂Ey/∂x - - ∂Ex/∂y)k(в), 2) divH(в)=0, divH(в)(x,y,z)=(∂Hx/∂x + ∂Hy/∂y + ∂Hz/ /∂z)=0, 3) rotH(в)=λ ∂E(в)/∂t, 4) divE(в)=0. Переменное электрическое поле порождает в пространстве переменное магнитное поле и наоборот [E]=B/M, [H]=A/М. При анализе работы антены в режиме излучения основной интерес представляет э/м поле, источником которого служит эта антена с генератором высокочастотной ЭДС. Для определения поля, например, проволочной антены необходимо решить 2 задачи – зная конструкцию антены и расположение источников стороннего электрического поля, надо найти распределение токов в проводах антены и по ним определить э/м поле вокруг антены. Надо выявить направленные свойства, споротивление излучению, входное сопротивление и другие характеристики. Решение этих задач связано с последовательным использованием основных уравнений э/м поля – уравнений Максвелла. В электродинамике э/м поле характеризуется вектором напряженности электрического поля Е(в), вектор напряженности магнитного поля H(в) вблизи антены вектор магнитной индукции B(в). Источниками э/м поля являются токи и заряды. Среда, в которой распространяются э/м волны вызывает их поглощение, отражение, рассеяние – характер поляризации – искажает амплитудные и частотные характеристики передаваемых сигналов. Поэтому особенно распространение э/м волн тщательно учитывается при создании и эксплуатации техничеких средств и систем радиоэлектронной борьбы. Э/м волны от источника ненаправленного излучния распространяютя радиально во все стороны пространства с конечной скоростью. Векторы E,H взаимно перпендикулярны, а также перпендикулярны вектору P направления распространения э/м энергии, вектору Умова-Пойнтинга. Процесс изменения амплитуды E,H в любой момент времени и в любой точке пространства имеет синусоидальный характер. Вертикальная плоскость S, в которой находится вектор Пойнтинга – называется плоскость распространения волн. Поперечную ей плоскость Q, проходящую через точки пространства с одной фазой напряженности электрического и магнитного поля и перпендикулярную направлению распространения волн называют фронтов волны. В ряде случаев фронт волны может быть наклонен относительно вертикали на угол β – угол скольжения фронта волны. Важным показателем э/м поля является поляризация – характеризует направление вектора электрического поля относительно плоскости распространения волн. Определяет закон изменения направления вектора Е в данной точке за период колебаний. Плоскость, в которой E,P называется плоскостью поляризации. Угол α между плоскостью поляризации и плоскостью распространения волн называется углом поляризации. Различают несколько видов поляризации э/м волн. В зависимости от ориентации векторов E,H. Если E лежит в плоскости распространения S (вертикальная плоскость, в которой лежит вектор умова-пойнтинга), a H перпендикулярен этой плоскости, то независимо от того есть ли наклон фронта волны или нет принято считать поляризацию вертикальной, при этом плоскость поляризации совпадает с плоскостью распространения. Если H лежит в плоскости распространения, а Е перпендикулярен этой плоскости, то поляризация называется горизонтальной. В случае, если Е занимает произвольное положение, то он может быть представлен в виде 2х составляющих. Вертикальная составляющая Eв(вектор) лежит в плоскости распространения S, а Eг(в) в перпендику- |
лярной плоскости к S и паралельно горизонту. На рисунке представлен случай одновременного наклона фронта волны (угол β) и поворота плоскости поляризации (угол α). β,α – в разных плоскостях. если вертикальные и горизонтальные составляющие вектора E равны по амплитуде, отличаются по фазе на 90°, то поляризация имеет круговой характер. Во всех других случаях пояризация будет элептической. На рисунке - поворот плоскости поляризации, когда фронт волны наклонен на угол β. Э/м волны в зависимости от λ делятся на следующие виды: - радиоволны λ>10(c.-4)м – самый широкий диапозон, - оптическое излучение/лазерное излучение – 10(с.-9)-10(с.-3), - рентгеновское излучение – 10(c.-12)-10(c.-7), - гамма излучение λ<10(c.-10).
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН В соответствии с законами э/м индукции в контуре охватывающим изменяющееся магнитное поле возникает ЭДС индукции, которая возбуждает в контуре электрический ток. Проводник не играет гланой роли в этом явлении, он позволяет лишь его обнаружить. Сущность явление индукции как установил Максвелл, заключается в том, что в пространстве, где изменяется во времени магнитное поле возникает изменяющееся во времени электрическое поле, которое максвелл назвал током электрического смещения. В отличие от поля неподвижных зарядов силовые линии изменяющегося во времени электрического поля могут быть замкнуты также, как силовые линии магнитного поля. Между электрическим и магнитным полями существует связь, которая описывается уровнями Максвелла. Переменное во времени электрическое поле в любой точке пространства создает изменяющееся магнитное поле. Силовые линии магнитного поля охватывают силовые линии вызвавшего их переменного электрического поля. В каждой точке рассматриваемого пространства E и H взаимно-перпендикулярны. Направление нарастающего во времени электрическогополя связано с направлением вектора H правилом Буравчика (правоходовой винт). Совокупность переменного электрического поля и неразрывно связанного с ним переменного магнитного поля – электро-магнитное поле. Важная особенность э/м поля состоит в том, что оно перемещается в пространстве во все стороны от точки, в которой возникло первоначальное возмущение. Важная особенность состоит в том, что поле может существовать самостоятельно после того, как источник э/м излучения перестал действовать. Поле распространяется в вакууме со скоростью света, э/м волны – процесс распространения периодически изменяющегося э/м поля. Э/м волны переносят энергию, которым обладает э/м поле. Направление перемещения э/м энергии может быть определено по правилу Буравчика: если рукоятку Буравчика поворачивать от Е до Н по кратчайшему пути, то направление перемещения буравчика совпадает с направлением распространения э/м энергии.
ИЗЛУЧЕНИЕ И ПРИЕМ Э/М ВОЛН Излучение э/м волн осуществляется с помощью открытого колебательного контура, подключенного к источнику высокочастотной ЭДС. Интенсивность поля излучения может быть различным в зависимости от формы открытого колебательного контура, в котором обкладки конденсатора сделаны как бы из проводов, которые обладают не только емкостью, но и индуктивностью. Если провода раздвинуты на некоторый угол конденсатора, то эти эти вертикально расположенные провода начинают излучать э/м волны. Устройство, предназначенное для излучения э/м волн называется передающей антеной. Для получения наибольшей мощности излучения антена должна быть настроена в резонанс с частотой ЭДС генератора – длина резонансной антены должна быть соизмерима с длиной э/м волны. Механизм излучения и распространения э/м ыолн поясняется рисунками. Вокруг проводника с током образуются силовые линии магнитного поля – пунктиром. Вокруг вектора Н возникает переменное электрическое поле, силовые линии которого являются закнутыми. Определяют направление по известному правилу. Согласно теории Максвелла при нарастании под действием источника высокочастотной ЭДС токи тока проводимости в антене в окружающем пространстве возникает переменное электрическое и магнитное поле. Рассмотрим распространение э/м поля в направлении координаты х. В точке 1 возникает переменное электрическое поле, вокруг него возникают силовые линии переменного магнитного поля, направление которых определяется правилом буравчика – правоходовой винт. Вокруг вектора Н возникают силовые линии электрического поля – сплошные линии и направление определяется правилом буравчика – левоходовой винт. Переменное во времени электрическое поле является током электрического смещения. Ток электрического смещения и ток проводимости в проводнике составляют полный ток. Вблизи проводника с током вводится понятие полного тока = ток смещения + ток проводимости. Линии полного тока всегда должны быть замкнуты. Это означает, что линии тока проводимости в антене должны быть замкнуты линиями тока смещения через пространство. Магнитные силовые линии в плоскостях перпендикулярных оси провода имеют вид концентрических окружностей. Через небольшой промежуток времени ∆t в некоторой точке 1 электрическое поле увеличивается на ∆E. Нарастающее электрическое поле в точке 1, Е1 (ток электрического смещения) возбудит в окружающем пространстве магнитное поле Н, направление силовых линий которого в плоскости перпендикулярной E1 должно быть выбрано по правилу Ленца. Согласно этому правилу изменению поля Е1 должно препятствовать поле Е2, индуцированное магнитным полем Н. Направление Е2 должно быть противоположно Е1. Т.о. поле Е2 ослабит поле Е1, но в точке 2 пространства наводится Е2≈Е1. Т.о. возмущение электрического поля из точки 1 в точку 2 и т.д. Аналогично можно проследить за изменением магнитного поля: Если в точке 1 находится Н, то он создает силовые линии электрического поля, которые перпендикулярны Н и лежат в плоскости доски. Происходит перемещение вектора Н из 1 в 2. Направление силовых линий вокруг Н по правилу буравчика левым винтом, а магнитного поля по правому. Пунктиром – плоскость перпендикулярна. Скорости перемещения фронта волны равна скорости света. Происходит непрерывный переход энергии электрического поля, накопленной в данной точке пространства в энергию магнитного поля соседних точек пространства и обратно. В этом проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей при распространение э/м волн. Э/м волны, излученные антеной встречая на пути распространения проводники возбуждает в них ЭДС той же частоты, что и частота создающего наведенную ЭДС э/м поля. Часть энергии, которую переносят э/м волны передается током, возникающем в проводниках. Расстояние, на которое перемещается фронт волны за время равное одному периоду э/м колебаний называют длиной волны λ=cT. Используя поверхности равных фаз длину э/м волны можно определить также, как кратчайшее расстояние между 2мя поверхностями равных фаз. В зависимости от формы этой поверхности различают плоские, сферические и цилиндрические волны. Перенос волной э/м энергии в пространстве характеризуется вектором плотности потока э/м энергии S. Направление вектора S совпадает с направлением распространения волны. Его величина численно равна количеству энергии протекающей в единицу времени через елиничную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Понятие о потоке энергии было введено Умовым в 1874году. А формула для нахождения вектора S была получена Пойнтингом 10 лет спустя в 1884году на основании уравнения э/м поля, поэтому S – вектор Умова-Пойнтинга.Среднее значение плотности потока энергии за период э/м колебаний Sср=(1/2)*E(инд.m)(c.2)/z0, где z0 – волновое сопротивление. Мощность излучения источника P(инд.∑)=4πR(c.2)Sср – это величина численно равная среднему количеству энергии, которую теряет источник электрического поля на образование потока э/м энергии в единицу времени сквозь замкнутую поверхность, охватывающую источник. В случае, когда источник находится в центре сферы радиуса R и равномерно излучает во все стороны, его P определяется по этой формуле. Она может быть применима для расчета S излучаемой антены.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ И ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ Линии передачи – фидорное устройство, предназначенное для передачи .лектромагнитной энергии от источника к потребителю, например от генератора высокочастотной ЭДС к передающей антене или от антены к приемнику. К фидорным устройствам предъявляются следующие основные требования – отсутствие излучения электро-магнитной энергии, передача с минимальными потерями, наличие режима бегущей волны, высокое пробивное напряжение, удобство эксплуатации. Линии передачи могут быть открытыми и закрытыми. Существует большое число конструкций фидорных линий. Простейшим типом открытых линий является симметричная 2-х-проводная линия – она слабо излучает э/м волны при условии, что расстояние между проводами много больше длинны волны. Однако изменение расстояния между проводами ограничивается передаваемой мощностью. Максимально допустимое напряжение должно быть меньше пробивного, оно также определяется расстоянием между
|
|
прямоугольного сечения – короче смотри рисунок. Рассматривая картину распространения токов в волноводе можно установить, что в нем существуют продольные и поперечные волны. В волноводе вдоль широких стенок – продольные волны, поперек стенок – стоячие волны поперечного тока. По волноводу заданных размеров могут распространяться только волны короче λкритической. В прямоугольном λкр=2а. Фазовая скорость в волноводе оказывается больше скорости света в пространстве и выражается следующей формулой v (инд.ф) = c/√1- (λ/λкр)(c.2)`.
АНТЕНЫ - устройства, предназначенные для излучения и приема э/м волн. Антены по целевому назнаению делятся на передающие и приемные. Они обладают свойством обратимости, т.е. одна антена может излучать и принимать э/м волны. Конструкция антены зависит от диапозона волн, в котором должна работать антена, от желаемой направленности излучения, величины излучаемой мощности, места установки. Рассмотрим основные физические параметры антен. Введение этих параметров позволяет сравнивать различные типы антен. Судить о пригодности антены для решения той или иной задачи радиосвязи, радиолокации, а также установить соответствие антен предъявляемым им требованиям. Параметры: 1) мощность, сопротивление, излучения. Мощностью излучения называется P(инд.∑) среднее количество э/м энергии, излучаемой антеной в единицу времени. полная мощность Р, потребляемая антеной от источника складывается из мощности излучения и мощности потерь P(инд.П). P=P(инд.∑)+P(инд.П). P(инд.П) является следствием конечной проводимости проводников антены, не совершенство диэлектриков, происходят потери мощности в окружающих предметах. Когда известна амплитуда тока на клемах антены (в местах соединения антены с линией передачи), в этом случае каждую составляющую можно представить в виде P=R(инд.А) I(инд.m)(c.2)/2; P(инд.∑)=R(инд.∑) I(инд.m)(c.2)/2; P(инд.П)=R(инд.П)I(инд.m)(c.2)/2; R(инд.А) – полное сопротивление антены, R(инд.∑) – сопротивление излучения антены, R(инд.П) – сопротивление потерь, Im – амплитуда тока на клемах. Сопротивление излучения антены равно такому активному сопротивлению, при котором при токе равном току на клемах рассеивается мощность, равная мощности излучения. Величина R(инд.A) зависит от характера распределения тока вдоль провода антены, от соотношения длины излучающего провода к длине излучаемой электро-магнитной волны. Все полупроводниковые вибраторы имеют сопротивление излучения равное R(инд.∑)=73,1 Ом. В одну λ, R(инд.∑)=2100 Ом. В общем случае R(инд.∑) является комплексной величиной, мнимая часть определяет реактивную мощность излучения, локализованную в ближней зоне антены. 2) КПД антены – антена преобразует энергию источника э/м колебаний в энергию э/м поля. КПД этого преобразования определяется следующим отношением. η (инд.А) = P(инд.∑)/P=P(инд.∑)/ (P(инд.∑)+P(инд.П))= =1/(1 + (P(инд.П)/P(инд.∑))). Значение КПД тем больше, чем меньше R(инд.∑) по сравнению с R тепловых потерь. Величина КПД антен достаточно высокая, для полуволнового вибратора КПД=0,9. 3) Диаграмма направленности антены: Количество энергии, излучаемой антеной в единицу телесного угла в различных направлениях обычно не одинаково. О направленности излучающей антены судят по ее диаграмме направленности – показывают в каком направлении излучается энергия. Различают диаграммы направленности по полю и по мощности. ДНА по полю называется графически выраженная зависимость вектора Е, который создается антеной в равноудаленных от нее точках дальней зоны от направления излучения. В пространстве эту зависимость представить сложно, поэтому обычно строят непространственную ДН, а ее сечения с 2мя взаимноортогональными плоскостями. Линии пересечения плоскостей должны совпадать с максимумом ДН. Одну из плоскостей совмещают в векторе Е и называют Е-плоскостью, а 2-ую с вектором Н и называют Н-плоскостью. Дальняя зона излучающей антены определяется условием, при котором расстояние от антены до точки наблюдения R>>2D(c.2)/λ, где D – наибольший размер излучающего раскрыва антены. Например излучение определяется в сферической системе координат с параметрами r, θ, φ. Диаграмма также изображается в прямоугольных и полярных системах координат. В плоскости, перпендикулярной оси вибратора напряженность поля по всем направлениям одинакова и ДН имеет вид окружности. Пространственная диаграмма имеет вид фигуры Торра. Любая антена имеет направление максимального излучения, называемого максимумом дмаграммы напрвленности. На практике чаще используют антены с резко выраженными направленными свойствами. Применение этих антен позволяет 1) определить направление на объекты, отражающие э/м волны, что находи применение в … 2) увеличение радиуса действие радиолокационных устройств за счет концентрации энергии в узком спектре пространства. 3) обеспечение повышенной скрытности работы радиоэлектронных систем и уменьшает влияние умышленных помех. 4) КНД – коэффициент направленного действия – числовая характеристика степени концентрации энергии в пространстве, обеспечиваемой антеной. Это число, показывающее во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения при переходе от направленной антене к ненаправленной при условии, что они имеют одинаковые КПД и создают равные направленности полей в одной и той же точке приема. КНД – число, показывающее во сколько раз мощность излучения антены, приходящаяся на единицу ее телесного угла в данном направлении больше мощности излучения воображаемой ненаправленной антены, отнесенной к единице телесного угла. При равенстве полных мощностей, излучаемых обеими антенами. Мощность излучения антены приходящаяся на единицу телесного угла зависит от направления излучения. Максимальная величина КНД достигает значения нескольких единиц у слабонаправленной антены и связных станций и достигает нескольких 10-100 тыщ у антен с узкой направленностью, которую имеют РЛС и радиостанции космической связи. 5) Коэффициент усиления антены . 2 антены с одинаковой диаграммой направленности и следовательно одинаковые КНД при равной подводимой мощности могут создавать в одинаково расположенных точках антен различные напряженности поля в зависимости от величины потерь энергии. Чтобы учесть влияние потерь энергии вводят понятие коэффициента усиления (КУА): G = η (инд.А) D. 6) Действующая длина антены. Для сравнения проволочных антен различного типа вводят понятие – действующая длина или высота антены. Создаваемая элементарным отрезком антены напряженность поля в точке приема, расположенной на направлении максимума ДН, определяется величиной тока в этом отрезке. Напряженность, которую создает вся антена определяется графически, путем вычисления площади, ограниченной кривой распределения тока и осью провода, эта площадь – площадь тока. Антены с одинаковыми ПТ создают одинаковые напряженности полей в равноудаленных точках приема, поэтому антену длинной L можно заменить некой воображаемой антеной, имеющей ту же площадь тока, но в которой ток одинаков по всей ее длине, напряжение равно току на клемах антены. Такая воображаемая антена будет иметь длину h (инд.д) – действующая длина антены – всегда больше геометрической. Чем равномерней распределение тока по излучающему проводу, тем больше действующая длина антены.
ИНФОРМАЦИЯ, ИЗВЛЕКАЕМАЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА 1) обнаружение и выделение информации о цели представляет собой важную часть функционирования РЛС. Чем больше информации о цели известно априоре, тем эффективнее обнаружение. Если расположение цели известно, то антену можно установить в нужном направлении, чтобы не тратить время на исследование пустого пространства. Если известна относительная скорость движения уели, то приемник можно заранее настроить на частоту, соответствующую частоту принимаемого сигнала. При этом отпадает необходимость исследования более широкого диапозона частот. Доплеровский сдвиг частот, обусловленный движением самолета обычно мал по сравнению со спектром радиолокационного сигнала. |
Если РЛС и объект движутся на встречу друг другу и с РЛС послан сигнал на цель, то сигнал прийдет с большей частотой, если наоборот, то с меньшей. В большинстве случаев расширять полосу пропускания приемника не потребуется. Доплеровский сдвиг частоты, характерный дя космических целей часто настолько велик, что отраженный сигнал может не попасть в полосу пропускания приемника. Когда доплеровский сдвиг не известен заранее и велик, полоса пропускания приемника должна быть расширена, чтобы принимать сигналы во всем диапозоне доплеровских сдвигов частоты. Расширение полосы частоты приводит к рассогласованию фильтра и уменьшает чувствительность приемника, поэтому используется перестраиваемый дя нахождения истинного значения частоты фильтр. Недостатком такого метода является увеличение времени наблюдения. Более эффективный метод обнаружения сигнала – использование набора фильтров, который перекрывает весь диапозон неопределенности частот. Когда сигнал появляется в какой-либо точке доплеровского диапозона частоты, то сигнал на выходе 1го из фильтров будет больше, чем на выходе остальных, при этом осуществляется не только обнаружение цели, но и определение доплеровского сдвига частоты. ЗАДАЧА 2: определение дальности до цели с помощью РЛС. Способность определять дальность, измеряя время распространения сигнала до цели и обратно. Способность определять дальность является основной характеристикой РЛС. Относительно простые наземные РЛС позволяют измерить дальность до самолета. РЛС позволяют измерять межпланетные расстояния. На дальностях до 200км дальность измеряется с точностью порядка нескольких десятков см. 3) ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СКОСРОТЬ. Последовательное измерение дальности позволяет определить скорость изменения дальности до цели со временем, т.е. относительную скосроть. Любое измерение скорости требует конечного времени. Чем больше время измерения, тем выше точность при условии, что отношение сигнал-шум остается неизменным. Также можно использовать для измерения относительной скосроти доплеровский сдвиг частоты. 4) УГЛОВЫЕ КООРДИНАТЫ ЦЕЛИ – определяются измерением угла падения фронта отраженной волны на антену РЛС. Обычно этот уугол замеряется с помощью направленной антены, при этом положение антены, при котором принимаемый сигнал максимален указывает направление на цель. В этом случае как при использовании других методов считаем, что влияние атмосферы не искажает принимаемых распространяющхся волн. 5) РАЗМЕР ЦЕЛИ. С размером цели связана амплитуда эхо-сигнала. Но эта связь не простая. Измерение амплитуды обычно не вызывает затруднений и ее значение можно использовать для грубой качественной оценки цели. Т.к. эхо-сигналы цели быстро флуктуируют при небольшомизменении угла наблюдения, то хорошую оценку размера цели нельзя получить на основе одного измерения. Для улучшения оценки находится среднее значение за промежуточное наблюдение. 6) Форма цели. Если волна от РЛС плоская и поле рассеиваемое целью измеримо во всех направлениях, то можно определить распределение токов, возбуждаемых на цели падающей волной и эти данные позволяют оценить форму цели. В этом случае принцип действия РЛС требует, чтобы цель была неподвижна, а РЛС могла бы перемещаться относительно цели. Если цель вращается относительно РЛС, то эквивалентный результат можно также получить. Т.к. при движении вражающейся цели каждая ее точка перемещается, то сигналы, отраженные от различных частей цели имеют различные доплеровские сдвиги чатоты. При достаточном разрешении по доплеровской частоте можно различать различные участки цели и метод позволяет получить двухмерное изображение цели. Для получения изображения в правильном масштабе должно быть известно время. Одной из характеристик формы цели является наличие неровностей или шероховаостей ее поверхности. Шероховатые цели рассеивают падающую э/м энергию диффузно, а гладкие зеркально. Исследуя характер эхо сигнала в зависимости от угла падения волнового фронта на объект можно узнать шероховатая цель или гладкая – зависит от дины волны. Поверхность, которая кажется шероховатой при одной λ может показаться гладкой при облучении сигналом с большей λ.
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. В раиолокации широко применяются методы измерения радиальной скорости движения цели. Физической основой таких методов измерения является эффект доплера. Эффект доплера заключается в изменении несущей частоты принимаемых сигналов относительно номинального значения зондирующего сигнала при наличии радиального перемещения источника и наблюдателя. В радиолокации эффект доплера проявляется как бы дважды – при облучении движения объектов и при переизлуени (отражении) радиоволн. На рисунке поясняется последовательное взаимное расположение движущейся цели и РЛС и характерное знаение фаз колебаний э/м волны. Для большей наглядности на рисунке показаны фазы падающей и отраженной волн в пределе одной λ. Самостоятельно сделать для случая взаимного удаления. А на этом рисунке L1=L3, L4=L2, цель движется по направлению к РЛС. Все изменения частоты связаны с относительным изменением фазы колебаний, падающих на цель и затем после отражения принимаемых РЛС. Расстояние между точками в пространстве с одинаковыми значениями фазы э/м колебаний в падающей и отраженной волнах обозначим как соответствующие длины – λ0 – падающая волна, λ1 – отраженная. Т.к. скорость распространения радиоволн при облучении и отражении от цели постоянна и равна с, то отрезок L1 проходимый фазой 1 за время t2-t1 и отрезок L3 проходящей фазой 2 равны между собой, т.к. скорость постоянна. => L2=L4; L1=L3=c (t2-t1); L2=v (t2-t1). Т.к. L1=L3, то L4=L2. Можно составить равенство, определяющее длины падающей и отраженной волн. λ0=L1+L4=L2+L3, λ1=L1-L2. Если выразить L1,L2 через v и с, то получим λ0=(c+v)(t2-t1); λ1=(c-v)(t2-t1). Отношение длин волн = λ0/λ1= =(с+v)/(c-v); f=1/T; f0=c/λ0; f1=c/λ1; f1/f2=(c+v)/(c-v)=(1+(v/c))/(1-(v/c)), т.к. v<<c, правую часть формулы можно записать в следующем виде = (1+(v/c))(1+(v/c)+(v/c)(c.2)+…)≈1+ (2v/c). Тогда f1=f0(1+ (2v/c))= =f0+f0(2v/c). Разность частот облучающего и отраженного сигнала.
КОЭФФИЦИЕНТЫ ОТРАЖЕНИЯ ФРЕНЕЛЯ Отражение и преломление плоской э/м волны при ее падении на плоскую границу 2х сред определяется коэффициентами Френеля. Коэффициент отражения для горизонтально поляризованной волны (она называется волной с перпендикулярной поляризацией). R(инд.г)(а сверху еще точка)= =E1(с точкой сверху)/ E0(сверху точка)=(cosθ1 – √(ε2/ε1)-sin(c.2)θ1`)/ /(cosθ1+√(ε2/ε1)-sin(c.2)θ1`)= (cosθ1 - √ε-sin(c.2)θ1`)/ (cosθ1+√ε-sin(c.2)θ1`). θ1 – угол между направлениями падающего луча и нормалью к поверхности. ε1,ε2 – относительные диэлектрические проницаемости, в воздухе ε=1. Для вертикально поляризованной волны она называется волной с параллельной поляризацией, вектор Е0 когда лежит в плоскости падения, коэффициент отражения R(инд.в)(сверху точка)=E1(с точкой)/ /E0(с точкой)= - (ε2 cosθ1 - √ε1` √ε2 – ε1 * *sin(c.2)θ1`)/(ε2 cosθ1 + √ε1` * *√ε2 – ε1 sin(c.2)θ1`). При нормальном падении коэффициенты R(инд.г) и R(инд.в) совпадают и равны (1-√2`)/(1+√2). Иногда коэффициент отражения определяется как отношение вектора напряженностей магнитного поля. Коэффициент Френеля величина комплексная, характеризуется амплитудой и фазой. R(инд.в,г)(сверху точка) = =R(инд.в,г) e(c.-jφ(инд.в,г)). Зависимость Rв, Rг от угла падения θ показана на рисунке, как видно для горизонтальной поляризации можно принять, что φ(инд.г)=180°, а Rг= -1. Для реальных сред Rв достигает минимума вблизи угла Брюстера (θ≈73°). На рисунке слева – зависимость модуля коэффициента Френял при горизонтальном и вертикальном падении волны на грунт. Справа фазы коэффициентов Френеля при горизотальной и вертикальной поляризации при падении э/м волны на грунт. Формула коэффициентов Френеля для волн оптического диапозона – в методичке.
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ЦЕЛИ. ЭФФЕКТИВНАЯ ОТРАЖАЮЩАЯ ПЛОЩАДЬ ЦЕЛИ Первичная падающая радиоволна наводит на поверхности цели токи проводимости (если цель является проводником) или токи смещения в диэлектрике. Эти токи являются источником вторичного излучения в разных направлениях . Происходит рассеивание радиоволн. |
Рассеивается лишь часть приходящей энергии, остальная превращается в тепло. Особый интерес представляет отражение в сторону РЛС, т.е. в обратном направлении. Для ограниченного числа тел простой формы (шар, металлический лист) сделан электрический расчет поля вторичного излучения. Большинство реальных цепей имеют сложную форму (земная поверхность дает диффузное отражение), их вторичное излучение целеобразно описывать статически. К сосредоточенным относят цели, размеры которых заметно меньше разрешаемого объема РЛС. Это летательные аппараты, корабли, ракеты. Одиночные точечные цели практически не изменяют форму отраженного сигнала. К распределенным целям относят земную поверхность, водную, облака, дождь, снег, туман. Отражающие свойства цели также зависят и от размеров, обычно имеется сильная зависимость от площади проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению на РЛС. Отражающие свойства цели сильно зависят от конфигурации, материала поверхности, длины волны РЛС, поляризации волны, направления облучения. Чаще всего нас интересует интенсивность 2-го излучения в данной зоне. Для характеристики отражающих свойств цели пользуются обобщенной величиной, учитывающей совокупность указанных выше факторов и использующие эффективную отражающую площадь цели (эффективная плоскость рассеивания, радиолокационное поперечное сечение). ЭОП – это площадь δ(инд.ц) – это площадь некоторой эффективной плоскости поверхности, расположенной нормально к направлению падающей плоской волны, являющейся идеальным переизлучателем, которая будучи помещена в точку цели создает у антены РЛС ту же плотность потока мощности, что и реальная цель. Из определения плотность переизлучения ЭОП мощности равна Rц=П(инд.ц) δ(инд.ц). П(инд.ц) – плотность потока мощности у цели. Т.к. на расстоянии D от цели вся переизлучаемая мощность равномерно рассеивается на поверхности цели S=4πD(c.2), то П(инд.РЛС)=П(инд.ц)*δ(инд.ц)/4πD(c.2); Чтобы лучше уяснить понятие ЭОП целесообразно выразить ее через известные параметры антены – эффективная площадь антены, коэффициент направленного действия, КПД, коэффициент усиления. Рассмотрим цель как приемно-передающую антену, будем ее характеризовать коэффициентами направленного действия, КПД и КУ. Мощность, выделяемая из поля падающей волны, имеющая плотность мощности обозначается П(инд.ц), P(инд.ц.пр-я)=П(инд.ц)А(инд.ц), мощность вторичного излучения цели P(инд.ц.изл-я)=П(инд.ц)А(инд.ц)*η(инд.ц). Если бы цель была вторичным изотрофным излучателем, то плотность потока мощности на расстоянии D у РЛС была бы равна П'(инд.р)=P(инд.ц.изл.)/4πD(c.2). С учетом направленных свойств цели П(инд.р)=П'(инд.р)G'(инд.ц)=(П(инд.ц)/4πD(c.2))*A(инд.ц)G'(инд.ц)* *η(инд.ц), где G'(инд.ц) – коэффициент направленного действия. A(инд.ц)G’(инд.ц) η=A(инд.ц)G(инд.ц) – имеет размерность площади и характеризует какую часть энергии падающей волны получает цель, характеризует потери цели во вторичном излучателе и также направленное свойство цели (G’(инд.ц)). Эффективная отражающая площадь σ=Aц Gц.
ЗАМЕТНОСТЬ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ. ПАССИВНАЯ РАДИОМАСКИРОВКА (ЭКРАНИРОВАНИЕ). Радиоэлектронные средства считают заметными для радио и радиотехнических разведок, поскольку доступно их излучение. Радиолокационные средства тем более заметны, чем больше уровень мощности приемника средства разведки. Эта мощность определяет: 1) качество обнаружения сигнала радиоэлектронного средства, 2) точность определения его праметров, 3) достоверность перехвата сообщения. Мощность игнала, распространяющегося в свободном пространстве и поступающего на вход приемника средства разведки. Pвх=P(инд.передающ.)G(инд.прд)S(инд.р)η/4πR(c.2). Pпередающ – мощность излучения маскируемого радиоэлектронного средства. G(инд.прд) – коэффициент усиления антены маскируемого р/э устройства в направлении на приемник разведки, Sp – эффективная поверхность приемной антены средства разведки (раскрыв антены считают расположенным нормально к вектору Умова-Пойнтинга), η – коэффициент учета потерь на трассе распространения, R – длина трассы распространения сигнала. Для побочных излучений можно считать, что Pпрд*Gпрд= суммарной мощности излучаемой помимо главного лепестка диаграммы направленности, т.е. побочные и непреднамерянные излучения считаются изотрофными. Если источник доступного разведки сигнала относится к аппертурному типу (неоднородности в проводящих поверхностях, экранирующих излуение объектов), то удобно использовать размер их эффективной излучающей поверхности. Его можно определить по следующей формуле Sпрд=Gпрд*λ(с.2)/4π. Разведка для лучшей заметности может повысить энергию сигнала за счет уменьшения уровня собственного шумоприем., повышения эффективной поверхности приемных антен, лучшего использования времени наблюдения при обработки. Маскировка для менее заметного снижения энергии сигнала, доступного средству разведки. Для этого есть несколько путей – нужно проектировать защищающие системы так, чтобы они работали с возможно меньшими уровнями излучения. Такой эффект достигается за счет правильного выбора структур и свойств сигнала, надлежащего способа обработки сигнала в приемнике, рекомендуется использовать широкополосные сигналы, которые позволяют обеспечивать большую параметрическую неопределенность для приемных средств разведки. Нужно снижать уровни побочных и непреднамеренных излучений радиоэлектронных систем и средств. Для основных излучений (в случае систем связи) следует предусматривать развязку с приемниками средств разведки. Для маскировки от средств радиолокационной разведки нужно уменьшить уровень отраженного сигнала , т.е. снижать эффективную поверхность рассеивания цели, это достигается за счет использования специальных малоотражающих форм объектов э/м энергии и за счет применения специальных покрытий – корбонильное железо, графит. Два первых способа относятся к системной проблеме создания средств, защищенных от разведки. Мы рассмотрим СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ уровней побочных непреднамерянных и вторичных отраженных электромагнитных излучений. Побочные излучения создаются радиопередатчиками за счет излучения на гармониках несущей частоты. На комбинационных частотах различают колебания побочного излучения создаваемые радиопередатчиком. Подобные излучения создаютсятакже антеной и фидорными трактами на боковых лепестках диаграммы направленности. Все эти излучения лежат вне основной пространственной частотной полосы излучения маскируемого р/э средства. Непреднамерянные излучения создаваемые паразитными колебаниями и приходящиеся на основную полосу спектра сигнала, например при контроле, испытании, настройки, регулировке, во время регламентных работ на аппаратуре маскируемого р/э средства. Пути снижения побочных и непреднамерянных излучений при защите р/э средства от средства р/э разведки. Эти средства предусматривают – 1) экранирование, уменьшение уровня боковых лепестков поверхности антены. Экранируют не только отдельные узлы и блоки р/э аппаратуры, помещая их в металлические кожухи. Экранирование применяют к радиосистемам, в целом создаются специальные здания и сооружения. В полевых и полигонных условиях для экранирования используют проводящие сетки и нашивки. Экранирующий эффект остоит в уменьшении мощности излучения и характеризуется коэффициентом экранирования Кэ=P'прд/Pпрд, P’прд – мощность излучения, доступного средству разведки за экраном. Наиболее нагляден для анализа эффективного экранирования волн с плоским фронтом. Процессы, происходящие при взаимодействии плоской волны с протяженным экраном показаны на рисунке. Падающая на протяженный экран волна Е1 частично преломляется и распространяется внутри материала экрана. Частично отражается в экранируемое пространство. Волна внутри материала экрана достигает его внешней поверхности и на границе раздела сред также частично отражается и преломляется во внешняя пространство. Т.о. во внешнем по отношению к экранируемому в пространстве распространяется волна Е5Н5. В результате во внешнее пространство попадает только та часть энергии, которая остается после 2х актов отражения на границах раздела и после поглощения в материале экрана коэффициента экранирования Кэ=Е5(вектор) x H5(в)/ Е1(в)Н1(в)= =K10 Kп К02; К10,К02 – называются коэффициентами ослабления за счет отраженияя на внешнем и внутренней поверхности экрана. Кп – коэффициент затухания волны в материале экрана. Точность расчета Кэ на основании формулы такова, что учет составляющей мощности излучения, которая образуется после многократных отражений волн от границ раздела в экранируемом экране, практически не имеет смысла – составляющие мощности выходного излучения весьма малы. Кп при поглощении зависит от длины пути в материале экарана, частоты колебаний и свойств материала. Кп=66L√fεμ`, f – частота э/м колебаний МГц, L – в мм. Затухание при отражении определяется соотношением волнового сопротивления среды до экрана и поверхностного сопротивления экрана. К01 = 10lg(Zw/Zs), Zw – волновое сопротивление среды распространения до экрана, Zs – поверхностное сопротивление материала экрана. К02 практически можно не учитывать. |
|
ЭКРАНИРОВАНИЕ Одним из методов противодействия снятию информации является экранирование. Противорадиолокационное покрытие – хорошие поглощающие свойства. Учет коэффициента затухания за счет отражения на внешней границе экрана не улучшает существенно точности расчета. К02 можно считать =1, а в дБ=0. Если экран располагается в ближней зоне Френеля источника излучения (это зависит от λ, если расстояние от источника до экрана ≈λ, то ближн.), то Zw будет определяться тем, какое поле возбуждается источником в экранируемом пространстве. Если это поле и Zw > 120π, такое поле называется высокоимпендансное, то Коэ[дБ]=270+5lg(ε/f(c.3)μr (c.2)) – коэффициент отражения при экранировании. r – расстояние от источника до экрана. Если поле магнитное, Zw<120π, магнитное поле низкоимпендансно. Экранирование магнитного поля за счет отражения будет хуже, особенно на высоких частотах. Ком=26,7+5lg(μ/f ε r (c.2)) – в ближней зоне Френеля, когда поле магнитное. На частотах до нескольких десятков кГц с успехом применяются магнитные экраны с очень большим μ. Хорошее качество экранирования требует очень высокой однородности экрана, т.е. постоянства их проводимости ε. При надлежащем выборе параметров сплошной непрерывный металлический экран подавляет излучение любой частоты на 100дБ. Непрерывность экрана нарушается стыками сопрягаемых деталей и элементов конструкции впаянными и сварными швами, винтами, заклепками, отверстиями под них, отверстиями для ввода и вывода кабелей, вентиляцией, освещение экранируемого пространства – все эти конструктивные и технологические неоднородности нарушают качество экранирования и даже работают как антены. Для уменьшения излучения щелями и стыками, нужно специально выбирать их размеры и конфигурацию.
МАСКИРОВКА ОТ СРЕДСТВ РЛ РАЗВЕДКИ Для маскировки от средств РЛ разведки объектам разведки придают специальные малоотражающие формы, а также используют конструкции, материалы и покрытия с хорошими поглощающими свойствами. Отражающая способность таких материалов и покрытий должна быть очень низкой в отличие от материалов экранов. По принципу взаимодействия с э/м волной поглощающие материалы противорадиолокационных покрытий разделяют на 2 вида: градиентные и интерферирующие. Поверхностное волновое сопротивление градиентного покрытия равно волновому сопротивлению свободного пространства. Поскольку маскируемые от РЛС объекты всегда размещаются в дальней зоне. Для покрытий подбираются или создаются такие материалы, μ и ε которых близки к единице. Поглощение энергии плоской волны улучшается с ростом μ, поэтому в поглощающем материале используют наполнители из графитового порошка или других порошков, например феррита млм карбонильного железа. На основе материала с такими наполнителями создаются многослойные покрытия с изменяющейся концентрацией поглотителя, поэтому они называются градиентными. Известны материалы, которые при хороших конструктивных свойствах поглощают до 99% падающей э/м волны сантиметрового диапозона. Поглощающие покрытия удобны для защиты от РЛС подвижных объектов. Здания и сооружения создают из материалов на основе бутона с примесью графита. Материалы делаются пористыми и зернистыми с градиентом размера зерен, направленным наружу. Шероховатость поверхности служит достижению той же цели. В интерферирующих поглощающих покрытиях чередуются диэлектрические и проводящие пленки, способные хорошо отражать э/м колебание. Свойтва пленок подбираются так, чтобы в результате инфтерференции падающей и отраженной волн происходило их взаимное ослабление. Для улучшения диапозонных свойств слоям покрытий придают разную толщину. В результате получается довольно широкополосное покрытие, с коэффициентом поглощения порядка 20дБ на см. Наиболее совершенные интерферирующие покрытия также эффективны как и градиентные, т.е. поглощают до 99% энергии. Т.о. меры пассивной радиомаскировки позволяют уменьшить мощность и энергию, доступную средствам РЛ разведки на 2 порядка. Конструкции противорадиолокацион- -ных покрытий: коэффициент отражения при нормальном падении плоской волны на (б) на границе воздух-покрытие. R=(1-√ε(сверху точка)/ /μ(сверху точка)` )/(1+√…`). Для достижения этих целей применяется пинопластовый каркас с наполнителем, хорошо поглощающим радиоволны, причем плотность матерьяла и концентрация поглотителей должны возрастать с глубиной. Радиопоглощающий материал наиболее удобен с углом при вершине 30-60°. Такой угол обеспечивают многократные переотражения, увеличение поглощения радиоволн. Для снижения коэффициента отражения на 20дБ высота пирамиды должна быть 0,5;0,6 длины волны. Для снижения коэффициента отражения на 50дБ требуется высота пирамиды 7-10 λ . Меньшую толщину, но в более узком диапозоне частот имеют интерференционные покрытия. Толщина такого поурытия выбирается из условия d=λ/4R√ε(с точкой)/μ(с точкой)`. В этом случае имеет место противофазность колебаний, отраженных от покрытия и объекта, в случае равенства амплитуд достигается полное уничтожение отражения. Покрытия могут быть изготовлены из каучука с использованием порошка графита или карбонильного железа.
ВИДЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО НАБЛЮДЕНИЯ Радиолокация – это область радиоэлектроники, решающая задачи радиолокационного наблюдения объектов, т.е. обнаружение, измерение координат, параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств объектов путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн или путем использования собственных радиоизлучений объектов. Устройство радиолокационного наблюдения называется РЛС или радиолокаторами. Сами объекты РЛН именуютс целями. При использовании отраженных радиоволн РЛ целями являются любые неоднородности электрических параметров среды – ε/μ, изменение проводимости среды, в которой распротсраняется первичная радиоволна. РЛЦ являются летательные аппараты, гидрометео образования, суда, стоения, автомобили и т.д. Источником РЛ инфор- мации является радиосигнал. В зависимости от способов его получения разлиают следующие виды РЛ наблюдения: а) РЛ с пассивным ответом. Излучаемые РЛС колебания, т.е. зондирующий сигнал отражается от цели и поступает в приемник РЛС в виде отраженного сигнала (эхо-сигнал). Такой вид радиолокации называется радиолокацией с пассивным отражением. Требования к целям для получения информации – отличие их отражающих свойств от отражающих свойств среды. б) РЛ с активным ответом, еще называется – вторичная радиолокация. Характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика (ретранслятора). Используется в авиации очень широко, т.к. в ответный сигнал может быть внесено много дополнительной полезной информации о высоте полета, которая определяется бортовыми высотомерами более точно, чем наземными РЛС. Сведения о количестве горючего, госудасртвенной принадлежности и т.д. Эта информация может быть полезной и необходимой для управления воздушным движением особенно при использовании автомизировани систем управления. Во втором случае заметно повышается дальность РЛ наблюдения. Сведения о гос принадлежности передают с помощью специальных кодов. в) пассивная радиолокация. РЛС работает только на прием. Она основана на приеме собственных радиоизлучений целей. Находит военное применение – обнаружение искуственных объектов. Общая характеристика радиолокационного канала: система РЛС-цель может рассматриваться как РЛ канал. Основными составными частями РЛС являются – передатчик, приемник, антена и оконечное устройство. У большинства РЛС передающая и приемная антена расположена в непосредственной близости друг к другу, а РЛС с импульсной модуляцией обычно имеет одну антену, которая снабжена специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи и обратно. Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные СВЧ колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуется зондирующий сигнал. Наибольшее распространение нашли зондирующие сигналы в виде последовательных равноотстающих по времени коротких импульсов.
|
На ряду с простыми (гладкими) импульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция. Другим видом является непрерывный зондирующий сигнал (гармонические колебания). После того, как э/м волна, падающая на цель (первичная волна вызывает в теле цели вынужденные колебания электрических зарядов), то цель подобно антене создает свое э/м поле – поле вторичного излучения, которое распространяется в пространстве и создает отраженную э/м волну. Эта волна создает в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Амплитуда сигнала характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала, используется для измерения дальности. Частота колебаний несет информацию о радиальной составляющей скорости цели благодаря эффекту доплера. Поляризационные параметры отраженной волны могут быть использованы для оценки таких свойств цели, как форма, соотношения между размерами. Для получения радиолокационной информации используются следующие основные свойства радиоволн: - способы отражаться от физических объектов, встречающихся на пути их распространения, - прямолинейность и постоянство скорости распространения в однородной среде, - зависимость частоты принимаемой радиоволны от скорости изменения расстояния между РЛС и целью. В активных РЛС получение информации основано на свойстве обнаруживаемых объектов – отражать радиоволны. Наличие отраженного сигнала свидетельствует о появлении цели, а значение араметров отраженного сигнала соответствует характеристикам цели. РЛС определяет направление на излучаемый объект, а параметры его радиосигнала применяются в системах радиопеленгации и радиоэлектронной разведки. Большинство реальных целей имеют сложную форму и выполняются из неоднородных материалов. Их эффективную поверхность можно определить только экспериментально. Аналитически ЭОП может быть расчитана для объектов, имеющих простую геометрическую форму и выполненных из неоднородных материалов. Аналитически формулы ЭОП выведены для металлического шара и т.д. Для примера ЭОП некоторых реальных целей: 3-5м(с.2) -–истребитель; 15-20м(с.2) – фронтовой бомбардировщик; 20-50м(с.2) – дальний бомбардировщик; 10000-14000м(с.2) – крейсер. По размерам цели подразделяют на точечные и распределенные. Точечными называются цели, размеры которых пренебрежимо мало увеличивают протяженность отраженного сигнала по сранвению с зондирующем. Распределенными целями называются такие, протяженность отраженного сигнала от которых существенно превышает протяженность зондирующего сигнала.
ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС Не смотря на отличие решаемых задач и особенности построения отдельных типов активных импульсных РЛС можно выделить общие принципы построения и составить обобщенную структурную схему РЛС. В состав РЛС входит синхронизатор (С), передатчик (ПРД), приемник (ПРМ), антена (А), антенный переключатель (АП) для переключения режима передачи/приема, устройство перемещения антены (УПА), индикатоное устройство (ИУ), селектор движущихся целей (СДЦ) позволяющий обнаруживать движующиеся цели, угломерное устройство (УУ), дальномерное устройство (ДУ), устройство управления радиолокатором. Синхронизатор обеспечивает согласование работы всех устройств РЛС по времени. Задает начало отсчета времени при изменении дальности, определяет начало и конец работы отдельных устройств путем формирования соответствующих импульсов запуска и остановки. Для синхронизатора по времени применяется высокостабильный кварцевый генератор. Синхронизатор определяет частоту следования зондирующих импульсов. В зависимости от частоты повторения импульсов различают РЛС с низкой частотой до 10кГц, со средними частотами – порядка 100кГц и с высокими частотами – более 100кГц. Передатчик генерирует мощные высокочастотные зондирующие импульсы. Он может быть когерентным и некогерентным. Когерентный передатчик формирует последовательность импульсов, в которой начальные фазы от импульса к импульсу постоянны или изменяются известным образом. В некогерентных передатчиках зондирущие импульсы вырабатываются генератором высокой частоты, и начальные фазы импульсов меняются произвольным образом. Передатчик состоит из последовательно соединенного генератора высокой частоты, модулятора и нагрузкой для него является антена, которая за время τ (инд.и) излучает зондирующие импульсы. Она подключается к премнику Т-τ (инд.и). Е – период повторения ипульсов. В авиационных РЛС используются антены острно-направленного излучения, состоящие из облучателя и отражателя. Т.к. направление на цель неизвестно, то луч антены перемещается в некотором секторе обзора, последовательно облучая все направления в секторе. Перемещение луча осуществляется путем поворота антены с помощью устройства перемещения антены. Управление лучом возможно не только за счет электро-механического управления антеной. Если необходимо быстрое перемещение луча/лучей, то применяют антену с электрическим управлением. Цель отражает облучающий сигнал во все стороны. Плотность потока мощности отраженного сигнала может быть настолько мала, что почти соизмерима с интенсивностью шума. С выхода антены в режиме приема принятый сигнал являющийся суммой сигнала цели и шума через антенный передатчик поступает в приемник. Приемник супер-гетероденного типа обеспечивает усиление, преобразование и выделение сигнала цели на фоне помехи. Он состоит из последовательно соединенных усилителя высокой частоты, смесителя частот, усилителя промежуточной частоты, аплитудного и фазового детекторов, видеоусилителя и устройства управления приемником. Применик часто является многоканальным. Каналы отличаются по типу принимаемого сигнала, частоте настройки, виду амплитудных характеристик.
РЛС ВОЗДУШНОЙ РАЗВЕДКИ Использование РЛС обзора зеной поверхности связано с тем, что радиолокационное наблюдение обладает целым рядом преимуществ перед визуальным наблюдением и аэро-фото и видео съемкой. 1) вследствии значительно меньшего ослабления радиоволн при их распространении в атмосфере обеспечивается всепогодное РЛ наблюдение. 2) работа РЛС не зависит от условий естественной освещенности земли. 3) РЛС могут обеспечить наблюдение объекта или участка земной поверхности, находящегося на большом удалении от самолета. 4) благодаря значительному различию характера отражения радиоволны от объектов и от земной поверхности возможно наблюдение детелей, невидимых в оптическом диапозоне волн, например металлических объектов, окрашенных в фон местности. существуют 3 ОСНОВНЫ ТИПА РЛС обзора земной поверхности: 1) понарамные РЛС, 2) РЛС бокового обзора с вдольфизюляжной антеной, 3) РЛС с синтезированной аппертурой. (1) Осуществляется обзор земной поверхности путем крутового вращения и селекторного качания луча антены в азимутальной плоскости (зеркально) от суши характер – диффузный. От объекта – в сторону РЛС. На индикаторе можно наблюдать изображение местности имеющее вид круга или сектора с максимальным радиусом равным дальности действия РЛС. Антена формирует луч, узкий в азимутальной плоскости (горизонт) и достаточно широкий в вертикальной плоскости. В остановленном состоянии антена с такой диаграммой направленности облучает узкую полоску местности, вытянутую от Dmin до Dmax дальности обзора и принимает отраженные сигналы илученной антеной пакет радиоволн (импульс), последовательно облучает участки местности на этой полоске, пробегая со скоростью миниальной до максимальной дальности обзора. Различные по характеру участки местности по разному отражают радиоволны. Гладка водная оверхность имеет зеркальный характер отражения – в направлении РЛС сигнал практически не отражается. Ровная земная поверхность расеивает радиоволны диффузно, но небольшая часть волн отражается в сторону РЛС и принимается приемником. Объекты, расположенные на земнойповерхности и водной поверхности отражают значительную часть энергии радиоволн в сторону РЛС. Сигналы от таких объектов превышают по мощности сигналы от местности. В результате на экране РЛС водная поверхность отображается темными участками, небольшому свечению экрана соответствуют участки суши, а яркие пятна соответствуют объектам. При вращении антены последовательно просматриваются все участки местности по различным направлениям и на экране индикатора формируется РЛ изображение в координатах дальность-азимут. Детальность изображения зависит от разрешающей способности РЛС (одна из наиболее важных характеристик) , которая определяет детальность РЛ изображения. Под разрешающей способностью РЛ понимается |
минимальное расстояние между объектами или их деталями, при котором они могут наблюдаться на индикаторе раздельно. Если разрешающая способность низкая, значит мы можем различать только крупные объекты. Разрешающая способность РЛС определяется разерами δД, δАЗ разрешаемого участка на местности. Чем выше величина элемента разрешения, тем выше разрешающая способность РЛС. Все объекты и элементы земной поверхности находящиеся в пределах разрешаемого участка сливаются в одно изображение на экране. В понорамной РЛС разрешение по дальности определяется длительностью импульса и оно очень плохое =1 150м. При более коротких импульсах можно повысить разрешающую способность до единиц метров. Основным недостатко панорамных РЛС остается низкая разрешающая способность по азимуту. Она определяется шириной луча антены в горизонтальной плоскости. Чем больше размер антены, тем больше разрешающая способность. Ширина луча зависит от горизонтального размера антены и λ(инд.РЛС): чем больше размер антены и чем меньше λ, тем меньше ширина луча. Ширина луча на местности по азимуту равная линейноу расширению увеличивается пропорционально наклону дальности. Увеличить разрешающую способность можно 2мя способами – уменшением λ и увеличением горизонтальной λ. При пееходе к более коротким волнам значительно уменьшается дальность действия РЛС – такие волны сильнее затухают при распространении в атмосфере. Увеличение разрешающей спосбности за счет увеличения антены весьма трудно осуществимо, тем более вращающихся панорамных РЛС (вращающаяся антена будет ухудшать аэродинамические возможности). (2) Для увеличения разрешающей способности по азимуту в них используют длинную приемо-передающую антену, которая неподвижна относительно самолета и расположена вдоль физюляжа на его боковой части. Благодаря такому размещению размер антены можно увеличить до 15 метров. Разрешающая способность по азимуту по сравнению с панорамными РЛС возрастает в несколько раз. Обзор местности РФА осуществляется перемещением антены относительно земной поверхности при полете самолета по прямой траектории. Антены формируют 1 или 2 луча, направленных перпендикулярно линии пути самолета, т.е. в боковом направлении – РЛС бокового обзора. Излученный антеной радиоимпульс облучает участки узкой полоски местности. При полете самолета по прямолинейной траектории луч перемещается вместе с самолетом, так что на экране формируется изображение в 2х координатах – наклонная и путевая дальность. Просматривается непрерывная полоса местности, параллельная траектории полета самолета. Особенностью бокового обзора является однократное наблюдение объекта за время обзора при полете самолета по прямолинейной траектории. При панорамном обзоре цель может перещаться авт. Линейная скосроть перемещения луча в боковом обзоре определяется скоростью полета самолета. Особенность бокового обзора – невозможность просмотра полосы местности вблизи линии пути под самолетом. Ширина непросматриваемого участка большая ≈2h. Высокая разрешающаяспособность по азимуту на небольших расстояниях.Длительное накопление энергии отраженного сигнала за время прохождения разрешаемого участка земной поверхности позволяет получать высококачественное изображение метности и объектов. Качество приближено по характеру к аэро-фото съемкам. РФА не обеспечивает эффективного решения всех задач РЛ наблюдения на больших расстояниях от самолета. Линейная разрешающая способность по путевой дальности определяется шириной луча антены и дальностью до наблюдаемого участка – разрешение ухудшается пропорционально расширению дальности. На дальности 10км – разрешение по путевой дальности 50км. Для 100км – 500м. (3) РЛС с искуственной (синтезированной) аппертурной антеной – позволяет искусственно создать антену размером 60км на самолете, позволяет получать высокое разрешение по путевой дальности на больших удалениях от самолета (РСА). Принцип действия их существенно отличается от принципа действия обычных РЛС и позволяет получить высокую угловую разрешающую способность по азимуту при использовании на самолете антены малого размера. Имея физически малую антену получаем большую. Метод основан на формировании узкой диаграммы направленности по азимуту с помощью искусственно создаваемой антенной решетки. Работу РСА можно объяснить следующим образом: при определенных условиях можно считать, что антена самолетной РЛС на небольшом участке траектории полета движется в пространстве по прямой линии. Диаграмма направленности антены формируется в результате когерентного (с учетом фазы) сложения радиоволн, получаемых отдельными элементами антены. Если антенная система состоит из 10 рядом расположенных одинаковых антен размером d и сигналы, принимаемые каждой антеной когерентно сумируются, то антенная решетка имеет такую же узкую диаграмму направленности как антена размером 10d. Следовательно повышение угловой разрешающей способности возможно путем когерентного сложения сигналов антен, расположенных в пространстве по прямой линии путем создания антенной решетки. Используя метод синтезирования можно увеличить разрешающую способность РСА по азимуту в 100 и более раз по сравнению с панорамными РЛС. По своим характеристикам разрешающая способность РЛС с синтезированной апертурой приближается к оптическим средствам наблюдения. |
ЛАЗЕРНОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
(с) http://karatel.nm.ru
слух
одинаковой, при этом искомая величина
уровня громкости звука будет численно
равна равна уровню эталонного тона.
проводами,
выбор диаметра проводов и расстоянием
между ними, зависят от требуемого
волнового сопротивления, которое для
линии такого типа изменяется в пределах
от 300-800 Ом. На работу открытых линий
оказывают заметное влияние климатические
условия. В закрытых линиях передаваемое
э/м поле полностью изолировано от
окружающей среды, в них исключены
потери на излучение. Пример: коаксиальный
кабель. В нем 1 провод покрытый
диэлектриком помещен внутри другого,
выполненного в виде гибкой металлической
оплетки. Внешний провод кабеля может
быть заземлен. Длина э/м волны в каждом
кабеле не зависит от поперечного
размещения кабеля. Волновое сопротивление
-–от 35-150 Ом. Другое применение – в мм
или см диапозоне волн широко применяются
волноводы – это полые металлические
трубы прямоугольного, круглого или
p-образного
сечения, в оптическом диапозоне
используются диэлектрические волноводы.
Распротранение радиоволн в волноводе
возможно лишь при определенных
соотношениях между λ и геометрическими
размерами волновода. Если используется
волновод
Если
экран расположен в дальней точке
источника излучения, то Zw=120π+377
(Ом).
Затухание за счет отражения тем больше,
а эффект экранирования проявляется
тем лучше, чем меньше поверхностное
сопротивление экрана, поэтому самые
лучшие экраны из меди и серебра.